Нобелевский лауреат по физике, вице-президент РАН, академик Жорес Иванович Алфёров: Нанотехнологии сконструируют новую Россию

Нобелевский лауреат по физике Жорес Алфёров одним из первых в России занялся нанотехнологиями. Собственно высшую награду в мире науки академик получил именно за разработку полупроводниковых гетероструктур и создание быстрых опто- и макроэлектронных компонентов. На основе этих изобретений построены оптические системы хранения и передачи информации, без которых невозможно представить современную компьютерную технику, сотовые телефоны, другие технические достижения, да и само развитие информационного общества.

Сегодня Жорес Иванович продолжает совершенствовать созданные им технологии; ведёт активную работу по воспитанию нового поколения высококвалифицированных кадров для науки; а также занимается законотворческой деятельностью, направленной на поддержку науки и наукоёмких технологий Российской Федерации. В интервью с учёным, учителем и депутатом Жоресом Алфёровым — о научном потенциале нашей страны, в её прошлом и настоящем, о перспективах нанотехнологий и о поддержке перспективных учёных.

О научном величии державы
Несколько лет назад в одном из интервью Вы говорили, что без полупроводниковых электронных компонентов Россия не может быть великой державой. С тех пор произошли какие-то серьёзные положительные изменения в области производства в стране микроэлектроники?

— Полупроводниковая электроника была и сегодня остаётся сердцем развития электронной промышленности в целом. Такие западные компании, как Intel, задают развитие микроэлектроники — направления науки и техники, которое привело к развитию информационных технологий и, собственно, к созданию постиндустриального общества. Не имея доступа на мировой рынок, мы вынуждены были изобретать велосипед и всё делать сами. Теперь многое можно купить, но это не означает, что мы должны ориентироваться на покупку электронных компонентов и не делать их самостоятельно.

Изменения, о которых вы спрашиваете, произошли, но небольшие и не решающие. Среди таковых — возрождение производства в Зеленограде на заводе «Микрон» АФК «Системы». Изготовление кремниевых электронных компонентов, чипов на «Микроне» достигло хорошего уровня. Это предприятие — наиболее современное в России, но, увы, не в мире.

Развитие кремниевой микроэлектроники основывается на топологическом размере кремниевой интегральной схемы. Когда-то самые первые интегральные схемы, сделанные Джеком Килби и Робертом Нойсом на пластине площадью полтора—два квадратных сантиметра, содержали всего несколько транзисторов и цепочек. 20 лет назад основные топологические размеры составляли 0,8 микрон — это сотня тысяч транзисторов на одном чипе. Шесть-семь лет назад рекордный размер транзистора равнялся 100 нанометрам. Сегодня производство уже вышло на уровень 45 нанометров.

Мы отстаём на десятилетия. На «Микроне» крупномасштабное производство пока идёт в размере 180 нанометров. Правда, уже рассматривается продвижение на следующий шаг — на размеры 90 и 45 нанометров.

В своё время специалисты немецкой компании M+W Zander предлагали мне построить в России завод интегральных схем с топологическим размером в 0,1 микрона и подложкой в 300 миллиметров. Я обратился с соответствующим письмом к президенту страны, он направил моё предложение премьер-министру Михаилу Касьянову, который перенаправил его министрам, — и выгодная сделка была упущена. Немцы хотели в счёт своих затрат получать 25 процентов продукции, чтобы выйти с ней на мировой рынок. От России требовались лишь финансовые гарантии и вложение примерно 10-15 процентов средств от двух миллиардов долларов, общей стоимости проекта. Думаю, если бы правительство приняло это предложение, у нас уже существовало крупномасштабное производство на 90 нанометров.

В советское время у нас было крупное производство, сегодня оно частично сохранилось на небольших фирмах. Например, НИИ «Полюс» имеет несколько небольших компаний, которые производят полупроводниковые лазеры и другие компоненты.

Одна из самых больших трагедий для нашей страны произошла, когда мы практически потеряли электронную промышленность Советского Союза. Было отставание по некоторым позициям, прежде всего по кремниевым интегральным схемам, но это отставание составляло три-пять лет. Во многих других областях — в гетероструктурах, оптоэлектронике — мы часто начинали производство раньше, чем за рубежом.

Предприятия электроники были во всех республиках страны, но они в значительной степени базировались на мощной технологической базе, которую создали в Белоруссии. Я имею в виду компанию «Планар». Инициатором её создания был талантливый инженер в области микромеханики Евгений Онегин, которого я хорошо знал. Наши специалисты создали институт, конструкторские бюро, производство в Минске, большое количество предприятий в Белоруссии, России, Прибалтике. Однажды в 80-х министр электронной промышленности СССР Владимир Колесников сказал мне: «Жорес Иванович, вы знаете, я сегодня проснулся в холодном поту». Я переспросил: «А что случилось?». — «Мне приснилось, что нет “Планара”. А если нет “Планара”, то нет и электронной промышленности страны», — ответил он, потому что «Планар» обеспечивал производство литографического оборудования на мировом уровне. Белоруссия сохранила «Планар», но его мощность совсем не та без филиалов и предприятий, а уровень продукции не соответствует мировому. Он выжил и работает благодаря тому, что поставлял оборудование китайцам. «Планар» делал технологическое оборудование, необходимое, чтобы организовать в стране кремниевое производство. И это оборудование было на мировом уровне, но существенно дешевле импортного.

При всём этом в России пока ещё есть научный задел в оптоэлектронике, СВЧ-транзисторах. Эти области основаны на исследованиях полупроводниковых гетероструктур, за которые наш коллектив получил Нобелевскую премию. Огромный задел есть в Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе РАН и в Санкт-Петербургском физико-технологическом научно-образовательном центре РАН, а также в ряде институтов Москвы и Нижнего Новгорода. По этим направлениям исследований и разработок в стране возникла научная школа — мощная, разветвлённая, развитая.

Сейчас многие научные коллективы сотрудничают с иностранными фирмами. Насколько нам известно, Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН сотрудничал, например, с Samsung. Получается, что разработки наших учёных уходят за рубеж?

— Развитие электроники на современном технологическом уровне — стимул и для проведения фундаментальных исследований, потому что электронная промышленность — это заказчик научных исследований и в Академии наук, и в исследовательских лабораториях. Когда такого заказчика нет внутри страны, то результаты исследований потребляются прежде всего за рубежом.

С Samsung мы установили отношения в 1990 году. Ещё во времена Советского Союза компании Daewoo и Samsung пригласили меня в Южную Корею. Мы познакомились с корейскими специалистами и увидели, что можем во многом с ними сотрудничать. Тогда Samsung заказал нам исследования в области полупроводниковых лазеров. Этот заказ в самый тяжёлый период сыграл большую роль в сохранении тематики и занятости сотрудников в институте, потому что по тем временам предоставлял существенное финансирование. Но даже в этом конкретном случае распад Советского Союза сыграл огромную отрицательную роль. Летом 1991 года в Сеуле мы обговорили с компанией Samsung договор на сумму три миллиона долларов о проведении исследований в области полупроводниковых лазеров. По тем временам деньги очень большие. Мы договорились, что торжественно подпишем договор в Ленинграде под Новый год, а в начале декабря Советский Союз перестал существовать. В результате представители компании Samsung приехали к нам с проектом договора на полмиллиона долларов. Я у них спросил: «Простите, мы же договаривались на три!». Ответ был такой: «На три мы договаривались, когда был СССР, и большую часть нам давало правительство для развития работ. Сегодня СССР нет, правительство свои деньги забрало. У нас остались полмиллиона от компании». Я сказал: «Хорошо, подпишем на полмиллиона. Но то, что мы собирались делать на три миллиона, делать уже не будем. Выполним определённый круг работ конкретно на эту сумму». В 1992 году эти полмиллиона долларов были для нас очень кстати.

О роли нанотехнологий для России
Руководство России сделало ставку на отрасль нанотехнологий как на основу инновационного развития страны, придало этому направлению исследований и разработок статус национальной приоритетной программы, создало госкорпорацию «Роснано». Как Вы оцениваете роль нанотехнологий в развитии государства?

— Я отношусь к тем людям, которые считают, что нанотехнологии нужно развивать в России, и что они действительно могут стать базой для создания у нас высоких технологий. Недаром я согласился в Академии наук перейти из физического отделения в отделение информационных технологий, причём его мы переименовали и создали новую секцию нанотехнологий.

Я считаю, основа нанотехнологий в целом — это фундаментальные исследования. Научные школы в России пока ещё существуют и работают. Чрезвычайно важна активная финансовая и идеологическая поддержка научных исследований по нанотехнологиям в институтах и лабораториях Академии наук, научных центрах и даже в частных компаниях, появившихся в последнее время.

Президент России Дмитрий Медведев констатировал, что деньги, выделенные на инновационные проекты, в том числе в области нано, не осваиваются. Что Вы думаете по этому поводу?

— Это слишком раннее заявление. Деньги стали выделять не так давно. Чтобы получить конкретный результат от вложений в науку, необходимо некоторое время.

К сожалению, и у нас, и на Западе главной проблемой стало не то, как решить задачу, а как достать деньги. Начинается «распиливание» средств, которые выделяют инвесторы. Поэтому очень важно в Правительстве РФ и корпорации «Роснано» точно определить задачи, которые нужно решить, чтобы нанотехнологии заняли место в производстве и принесли прибыль. Если мы решаем задачу распилить деньги, то вряд ли получим полезные результаты.

Не успевают освоить финансирование ещё и потому, что средства приходят во второй половине года из-за бюрократических проволочек.

Существует мнение, что выделенные правительством деньги нужно потратить только на те области нанотехнологий, где можно создать такие разработки, которые можно быстро внедрить в производство. Среди основных направлений часто выделяют производство нанопорошков. Как Вы это прокомментируете?

— В нанотехнологиях есть много направлений, где можно создать перспективные разработки, с которыми можно выходить на рынок. В частности материаловедческое, которое включает и полупроводниковые материалы, углеродные нанотрубки и материалы, наноструктуры, и получение высокоэффективных катализаторов, новых материалов.

Нанотехнологии возникли из фундаментальных исследований, когда переход к наноразмерам породил принципиально новые свойства вещества. Классическим примером в этом отношении являются полупроводниковые гетероструктуры — когда переход к размеру активной области в десятки и сотни ангстрем в лазере, в светодиоде, в целом ряде других приборов приводит к появлению новых свойств, структур с низкоразмерным электронным газом: квантовых ям, квантовых проволок и точек.

Основа и главная задача нанотехнологий заключается именно в получении новых материалов, структурированных с атомной точностью, когда вы укладываете атом к атому и получаете совершенно новые свойства. Поэтому наиболее быстро развивающиеся области нанотехнологии — это технологии молекулярной и газотранспортной эпитаксии с использованием процессов самоорганизации для получения квантовых точек, фуллеренные и наноуглеродные технологии.

Мой хороший знакомый, японский физик Лео Эсаки, получивший Нобелевскую премию в 1973 году и занимавшийся нанотехнологиями, гетероструктурами и сверхрешётками, дал прекрасное определение наноматериалам: «man made crystals», то есть кристаллы, сделанные человеком, в отличие от материалов, которые существуют в природе. Их он назвал «God made crystals» — сделанные Богом. Кристаллы, сделанные человеком, представляют собой материалы, которых нет в природе. Есть много искусственных кристаллов, но в природе существуют их аналоги. Гетероструктуры, вискеры — это материалы, не имеющие природной замены, у которых иные свойства, и рождаются эти иные свойства благодаря применению технологии, когда атом укладывается к атому с высочайшей точностью. Основой развития современного материаловедения можно считать именно нанотехнологии, позволяющие создавать новые классы материалов, не только полупроводниковых, но и других.

В России проведены интересные исследования и в других областях нанотехнологий. Например, очень хорошие работы по графену выполнены в Институте проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН в Черноголовке.

Нанопорошки существуют много десятилетий — это и нанопорошковая технология, и нанопорошковая металлургия, и много других направлений. Я думаю, что увлечение нанопорошками в наши дни в значительной степени дань моде.

Для прорыва в области нанотехнологий, я считаю, нужно поддерживать прежде всего фундаментальные исследования и подготовку высококвалифицированных исследовательских кадров.

Недавно я был в Китае, где открывал форум нобелевских лауреатов, посвящённый развитию информационных технологий и инновационному развитию Китая, и выбрал темой одной из своих лекций подготовку кадров в области наноиндустрии и нанотехнологии. Я начал с такого примера: в истории ХХ столетия было два полностью инновационных проекта, в которых родились принципиально новые технологии. Сначала было неясно, могут ли они осуществиться и каким способом. Но оба проекта успешно реализованы и изменили лицо планеты. Это Манхэттенский проект в США и создание атомного оружия в СССР — инновационные проекты гигантского масштаба. И решающим для их успеха было не огромное финансирование. Столь выдающийся результат связан с кадрами, которые трудились над их выполнением.

Успех Манхэттенского проекта определил Адольф Гитлер, вынудивший многих учёных перебраться из Европы в Америку. Все учёные, причастные к созданию американского ядерного оружия, занимались до этого фундаментальными исследованиями в области ядерной физики.

Успех советского проекта определил Абрам Фёдорович Иоффе, который непосредственного участия в создании бомбы не принимал, но вырастил советскую физическую школу. Этому способствовало постановление правительства 1945 года, резко повысившее зарплату для научных сотрудников и профессорско-преподавательского состава. Приоритет фундаментальных исследований и подготовки кадров предопределил положительный результат работ по созданию советской ядерной бомбы. Тогда в разрушенной войной стране создали новую индустрию и новые методы. Академическая наука в промышленном производстве сыграла огромную роль. Позже роль фундаментальных исследований стала снижаться. Уже в Минэлектронпроме роль Академии наук была ослаблена.

Таким образом, повторю, расходовать выделенные государством средства «на нанотехнологии» следует в первую очередь на поддержку фундаментальных исследований и подготовку высококвалифицированных исследовательских кадров.

О подготовке и поддержке учёных
Подготовка кадров — одна из задач, которую решает Санкт-Петербургский физико-технологический научно-образовательный центр РАН, который Вы возглавляете. Но ведь молодых специалистов мало обучить, их нужно удержать в стране и в отрасли. Как это сделать?

— Чтобы их удержать, нужно выполнить нескольких условий. Одно из них совершенно естественное: должны быть условия для научной работы и внедрения получаемых результатов. Необходимо достаточное финансирование исследований, современное оборудование, близкое по мощности к производственному. Но ещё важно, чтобы результаты исследований были востребованы экономикой. Сейчас США, Япония, частично Китай и некоторые другие страны живут в постиндустриальном информационном обществе. В России высокотехнологическую индустрию, созданную за многие десятилетия, мы разрушили. Поэтому у нас теперь тоже своего рода «постиндустриальное» общество.

Наука границ не имеет и научное сообщество уже многие столетия интернационально по своей природе. А технологии, различные применения науки имеют национальные границы. Сейчас у нас есть доступ к индустриальным достижениям Запада, но чтобы эффективно их использовать, мы должны создавать свою индустрию.

Главная проблема — в кадрах появился разрыв в поколениях. Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН занимался работой с детьми в профильном лицее, обучал студентов соответствующего факультета Санкт-Петербургского политехнического института (позднее университета), поэтому в Физтехе этот разрыв был меньше, чем во многих других учреждениях, но и от нас уезжали.

Уезжать учёные будут всегда. Из Советского Союза не уезжали, потому что не разрешали. Теперь у нас свобода, демократия. Из Европы в послевоенные годы учёные в большом числе уезжали в Америку, где условия были лучше. Важно, каков масштаб этого отъезда. Отъезд с возвращением, отъезд, который приводит к научному обмену, если не нарушается «критическая масса» научных сотрудников в стране, играет отрицательную роль, но последствия этого можно преодолеть. А когда количество отъезжающих нарушает баланс научных сил, то последствия могут быть необратимы. Надо отметить, что произошла утечка мозгов не только на Запад, но и в коммерцию, в бизнес-структуры.

Вся современная наука молодая, ей 300 лет, она ровесница Санкт-Петербурга. Наша страна сыграла огромную роль в развитии многих отраслей науки и может играть её снова. Но для этого нужно добиться, чтобы наши научные результаты были востребованы у нас дома.

А такой механизм поддержки перспективных учёных, как государственные и частные премии, Вы считаете эффективным?

— Конечно, премия — это хорошая поддержка учёных. В мире их существует много, особенно в США. Но сказать, что премии будут определять научно-технологический прогресс, нельзя.

Кстати, 27 ноября в нашем Научно-образовательном центре прошло выездное заседание президиума Санкт-Петербургского Научного центра РАН, на котором мы вручили премию «Алфёровского фонда поддержки образования и науки». Эту премию у нас получали молодые учёные. Первым лауреатом стал Михаил Дубина, который сейчас избран членом-корреспондентом РАН. Вручение премии сопровождалось лекциями для школьников и студентов. Это очень полезно для пропаганды науки и технологии.

В Советском Союзе существовали крупные проектные и отраслевые институты, которые могли реализовывать сложные и многогранные задачи. Сейчас многие специалисты считают, что беда нашей науки в том, что таких крупных институтов практически не осталось, сохранились небольшие научные группы, которые не способны в одиночку проводить серьёзные исследования. Согласны ли Вы с этим, необходимо ли возрождать крупные отраслевые институты?

— Рождение по-настоящему новых вещей возможно, когда существует непосредственная связь между лабораторией, которая ведёт фундаментальные исследования, и некой группой или группами, которые занимаются приложением этих фундаментальных исследований. Готовая технология осваивается в опытном производстве, а затем — в крупном. Внедрение изобретений — это не просто передача документации, готовой технологии. Новые открытия порождают в каждой области новую научную идеологию, начинается процесс обучения этой новой идеологии учёных, которые занимаются практическими приложениями.

Отраслевую науку, безусловно, нужно возрождать. Многие крупные промышленные лаборатории и институты перестали существовать в силу определённых политических условий, и это плохо. Но произошли и некоторые изменения в мировом научном сообществе. Благодаря развитию микроэлектроники (hard и soft way) теперь обмен информацией стал намного мощнее. В старые добрые времена обсудить новую идею можно было в коридорах одного института. Сейчас, работая в небольшой лаборатории, я могу использовать электронные средства обмена информацией. Это нужно иметь в виду. Но персональное взаимодействие всё равно играет очень большую роль, именно поэтому мы под одной крышей НОЦа собрали студентов, школьников и научные лаборатории.

Но, с другой стороны, идеология больших комплексных институтов должна меняться в конкретной ситуации. Появились новые формы исследований, небольшие компании, дизайн-центры, и этим нужно пользоваться.

Записал Юрий Никифоров, журнал «Российские нанотехнологии», для STRF.ru